專利名稱：激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用光學(xué)手段測試的系統(tǒng)，也涉及礦井信號裝置，進(jìn)一步而言，屬于采用激光對煤礦瓦斯進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
瓦斯是煤礦中產(chǎn)生的氣體，其主要成分是甲烷。濃度在爆炸極限內(nèi)的瓦斯遇明火即發(fā)生爆炸，對礦工生命威脅極大。因此對瓦斯的監(jiān)測是礦井的重要工作。目前已廣泛應(yīng)用的瓦斯檢測和控制系統(tǒng)是采用傳統(tǒng)的電化學(xué)方式進(jìn)性瓦斯?jié)舛鹊臋z測，傳統(tǒng)電化學(xué)方式存在以下缺點①需要定期對傳感器進(jìn)行校正，且校正繁瑣；②檢測速度低30秒左右；③檢測精度低，只能檢測20×106左右；④檢測距離僅1km；⑤使用壽命低；⑥抗干擾能力差。
光學(xué)氣體傳感器是后出現(xiàn)的一種新型傳感器，它主要指利用介質(zhì)對光吸收而使光產(chǎn)生衰減以及由于不同光路的光干涉而產(chǎn)生干涉條紋等特性制成的光纖氣體傳感器。光纖用于氣體傳感有著其它傳感器不可比擬的優(yōu)勢①便于復(fù)用，便于成網(wǎng)；②抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕，適合于測量可燃易爆氣體或工作于易燃以及強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下測量；③傳感單元結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠；④重量輕、體積小、外形可變；⑤靈敏度高。
光吸收瓦斯氣體傳感器除了具備上述光學(xué)氣體傳感器所具有的優(yōu)點外，還具有光路簡單，可對瓦斯氣體濃度、成分進(jìn)行精確測量以及可同時對其它氣體的成分、濃度進(jìn)行檢測等特點，從而彌補(bǔ)了光干涉法不能對氣體的具體成分進(jìn)行測量分析的缺點。200610044428.1號專利申請就公開了一種“煤礦瓦斯差分吸收式光纖多點監(jiān)測系統(tǒng)”?，F(xiàn)階段光吸收瓦斯氣體檢測方法是利用瓦斯氣體的光譜吸收來檢測氣體濃度，由于不同氣體的吸收譜線具有不同的特征，所以它們在一定程度上還可以從混合氣體中區(qū)分出不同的氣體以及這種氣體在混合氣體中的體積比。但還存在著光路復(fù)雜、光源不穩(wěn)定及光電器件零點漂移影響測量精度等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對傳統(tǒng)產(chǎn)品的上述缺點，主要解決傳感器的校正、檢測速度、精度、距離、使用壽命等問題，提供了一種激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)。
本發(fā)明的激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)采用激光對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)控，采用CAN總線協(xié)議通過光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸；該系統(tǒng)包括激光發(fā)射器、光開關(guān)、瓦斯探頭、光耦合器、光電探測器、監(jiān)控計算機(jī)(即CPU處理器)、光電轉(zhuǎn)換器以及連接的光纖和電路，激光器、光開關(guān)、瓦斯探頭、光藕合器和光電探測器依次用光纖連接；監(jiān)控計算機(jī)則連接到光開關(guān)和光電探測器；整個激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)分為井上和井下兩部分，井上部分安裝有監(jiān)控計算機(jī)、PIN光電探測器和激光器；井下部分則分布若干的瓦斯探頭和監(jiān)測點，每個監(jiān)測點又安裝有微處理器、光藕合器、光開關(guān)和光電探測器；整個過程采用CAN總線協(xié)議通過光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸。
本發(fā)明的激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是由激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光經(jīng)光開關(guān)送至各路瓦斯探頭，探頭檢測到的光信號經(jīng)過光耦合器和光電轉(zhuǎn)換送出電信號，把電信號進(jìn)行放大為標(biāo)準(zhǔn)信號送給A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號，并送CPU進(jìn)行處理；同時CPU送出控制信號到光開關(guān)，實現(xiàn)對激光檢測系統(tǒng)的控制；當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到設(shè)定值時，系統(tǒng)立即通過CAN(工業(yè)現(xiàn)場總線的一種規(guī)格)向井下的報警器發(fā)出報警信號，井下即進(jìn)行聲光報警。
發(fā)明人指出1650nm波長的激光具有只對瓦斯氣體的高靈敏度，因此采用1650nm波長的激光通過礦井下的氣體場對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)控可以檢測出瓦斯的微小變化，可以提高監(jiān)測靈敏度和檢測范圍。
發(fā)明人還指出，采用CAN(控制局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)現(xiàn)場總線的一種規(guī)格)總線協(xié)議通過光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸，可以提高檢測距離和傳輸速度；上位機(jī)應(yīng)用VB(一種計算機(jī)軟件開發(fā)語言及環(huán)境)做界面，經(jīng)過USBCAN設(shè)備把USB通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為相應(yīng)CAN通信協(xié)議，然后送入光纖轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)了與LPC2294進(jìn)行雙向通信。采用該通信方式，較傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，在速度方面有明顯的提高，可以高達(dá)1Mbps，同時傳輸距離也相應(yīng)的增加，直接傳輸距離可以達(dá)到5km。采用光纖傳輸，改善了環(huán)境惡劣的井底的安全狀況。
本發(fā)明提供的激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)由于引入了嵌入式實時系統(tǒng)，實現(xiàn)了瓦斯檢測和控制的實時性，將光纖應(yīng)用到CAN總線中，解決了遠(yuǎn)距離傳輸?shù)碾y題，具有極強(qiáng)的抗電磁干擾性能；可見該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點對瓦斯檢測靈敏度高、響應(yīng)時間快速、使用壽命超長、探測距離長、維護(hù)費用極低。適用于煤礦礦井瓦斯的監(jiān)測。


以下附圖用以更清楚地說明本發(fā)明的激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)圖1為系統(tǒng)工作原理圖；圖2為采用CAN總線協(xié)議通過光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸示意圖；圖3為瓦斯監(jiān)控儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為系統(tǒng)工作示意圖；圖5為井下部分監(jiān)測示意圖。
具體實施例方式
在某礦井井下根據(jù)瓦斯監(jiān)測的實際需要安裝若干瓦斯氣體檢測探頭、8位單片微控制器控制的控制器，該控制器包括光開關(guān)控制及光電檢測電路，礦井井上部分安裝激光發(fā)射器、PIN光電探測器和計算機(jī)，井下部分則分布若干的瓦斯探頭和監(jiān)測點，每個監(jiān)測點又安裝有微處理器、光開關(guān)、光藕合器、光電探測器；系統(tǒng)的激光器、瓦斯探頭、光藕合器和光電探測器依次用光纖連接，并用光纖和電路將上述設(shè)備連接起來，其中控制器用RS232(計算機(jī)接口的一種標(biāo)準(zhǔn))接口連接到計算機(jī)；監(jiān)控計算機(jī)則連接到光開關(guān)和光電探測器；整個過程采用CAN總線協(xié)議通過光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸。
工作程序是用1650nm波長激光器發(fā)射激光并使用光纖傳輸?shù)骄?，通過PC控制的光開關(guān)進(jìn)行光路切換進(jìn)入指定瓦斯氣體檢測點，再通過另一組光開關(guān)將激光信號送井上的PIN光電探測器，送計算機(jī)內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在計算機(jī)界面上顯示井下某點的瓦斯?jié)舛?，在計算機(jī)中使用VB開發(fā)控制程序完成瓦斯?jié)舛葯z測和顯示；通過電路實現(xiàn)報警和設(shè)備控制當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到設(shè)定值時，系統(tǒng)立即通過RS-485向井下的報警器發(fā)出報警信號，井下即進(jìn)行聲光報警。
權(quán)利要求
1一種激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，含有探頭、監(jiān)測器、報警器，其特征在于該系統(tǒng)采用激光對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)控，采用CAN總線協(xié)議通過光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸；系統(tǒng)包括激光發(fā)射器、光開關(guān)、瓦斯探頭、光耦合器、光電探測器、監(jiān)控計算機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器以及連接的光纖和電路，激光器、光開關(guān)、瓦斯探頭、光藕合器和光電探測器依次用光纖連接；監(jiān)控計算機(jī)則連接到光開關(guān)和光電探測器；整個系統(tǒng)分為井上和井下兩部分，井上部分安裝有監(jiān)控計算機(jī)、PIN光電探測器和激光器；井下部分則分布若干的瓦斯探頭和監(jiān)測點，每個監(jiān)測點又安裝有微處理器、光藕合器、光開關(guān)和光電探測器。
2如權(quán)利要求1所述的激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)的工作原理是由激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光經(jīng)光開關(guān)送至各路瓦斯探頭，探頭檢測到的數(shù)據(jù)經(jīng)過光耦合器和光電轉(zhuǎn)換送出電信號，把電信號進(jìn)行放大為標(biāo)準(zhǔn)信號送給A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號，并送CPU進(jìn)行處理；同時CPU送出控制信號到光開關(guān)，實現(xiàn)對激光檢測系統(tǒng)的控制；當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到設(shè)定值時，系統(tǒng)立即向井下發(fā)出報警信號，井下的報警器即進(jìn)行聲光報警。
3如權(quán)利要求1所述的激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所用的激光是1650nm波長的激光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，采用激光對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)控，采用CAN總線協(xié)議通過光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸；系統(tǒng)包括激光發(fā)射器、光開關(guān)、瓦斯探頭、光耦合器、光電探測器、監(jiān)控計算機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器以及連接的光纖和電路；激光器、光開關(guān)、瓦斯探頭、光藕合器和光電探測器依次用光纖連接；監(jiān)控計算機(jī)則連接到光開關(guān)和光電探測器；系統(tǒng)井上部分安裝有監(jiān)控計算機(jī)、光電探測器和激光器；井下部分則分布若干瓦斯探頭和監(jiān)測點，每個監(jiān)測點又安裝有微處理器、光藕合器、光開關(guān)和光電探測器。該系統(tǒng)實現(xiàn)了瓦斯檢測和控制的實時性，具有以下優(yōu)點檢測靈敏度高、響應(yīng)時間快速、使用壽命超長、探測距離長、維護(hù)費用極低。適用于煤礦礦井瓦斯的監(jiān)測。
文檔編號G05B15/00GK1963462SQ20061005127
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者李捍東, 郭汝華, 張發(fā)斌, 何一兵, 陳璇 申請人:貴州大學(xué), 貴州東方網(wǎng)絡(luò)有限公司, 貴州昕春科技貿(mào)易有限公司